高冲击条件下触发管特性及仿真研究

触发管型气体开关，于1946年由Craggs等人首先提出，至今在脉冲功率技术中有着广泛的应用，但人们对此类型器件气体放电特性，特别是高过载冲击条件下开关的放电特性还不是很了解。虽有些文献从不同侧面论述了气体击穿过程,提出了一些物理概念和数学描述,但缺乏系统的数学模型。另一类研究成果是实验结果,但获得方法很困难,代价昂贵。如果能够在建立正确有效的数学模型基础上,实现计算机数值仿真,将对开关的放电特性认识和设计提供有力工具。本课题重点分析高过载冲击环境对开关放电特性和过程的影响机理，对开关在高冲击环境不同输入参数下的放电特性和过程进行物理分析、模型建立与数值仿真。课题首先分析静态下不同输入参数下开关放电的物理模型，详细讨论高冲击影响开关放电特性的几个主要因素，进而推导和分析这些影响因素引起的开关物理模型的变化，从而建立高冲击下开关的物理和数学模型。最后通过模拟实验验证仿真结果的正确性。

摘 要：重点分析高过载冲击环境对开关放电特性和过程的影响机理，对开关在高过载环境不同输入参数下的放电特性和过程进行物理分析、模型建立和数值仿真。1）基于ANSYS/LS-DYNA瞬态动力学仿真软件，研究了装配有触发管的弹体分别以300m/s、600m/s、900m/s的速度侵彻靶标时触发管电极的结构响应；2）基于PIC-MCC仿真软件，根据流注形成的Raether判据，从微观层面仿真了开关内部电子崩的发展、形成流注直至开关击穿的整个过程；3）通过分析仿真结果，获得了击穿时间与电子数、工作电压及极间距之间的关系。本项目所取得的研究成果对高冲击下触发管的设计和应用提供重要的理论支撑。